課題5 555定時器的原理及應(yīng)用

1、理實一體化課程教師教案（20122013學(xué)年 第 一 學(xué)期） 專業(yè)名稱 礦山機(jī)電 課程名稱 單片機(jī)原理及應(yīng)用 授課教師 姚志廣 系 部 機(jī)電工程系 山西煤炭管理干部學(xué)院理實一體化教案首頁教學(xué)模塊單片機(jī)原理及應(yīng)用任課教師姚志廣審閱 授課時數(shù)章節(jié)課題課題四 555定時器的原理及應(yīng)用理論課時 6教學(xué)方法講授法 演示法 練習(xí)法 啟發(fā)法 項目教學(xué)法實訓(xùn)課時 12基本教材單片機(jī)原理及應(yīng)用（第二版） 高等教育出版社合計課時 18授課班級授課時間教學(xué)目標(biāo)1知識目標(biāo)：掌握發(fā)光555定時器的結(jié)構(gòu)和符號；理解發(fā)光555定時器的工作原理；掌握電路焊接調(diào)試的基本能力。2能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生接受新知識的理解能力以及實際動手

2、能力、分析解決問題的能力。3素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生主動探索、創(chuàng)新精神；增強(qiáng)的安全意識；提高學(xué)生的安全常識知識。教學(xué)分析演示單片機(jī)的如何控制好555定時器，重點培養(yǎng)學(xué)生實際動手能力教學(xué)重點555定時器的工作原理、555定時器管實操教學(xué)難點555定時器實操教案說明該課題內(nèi)容不是很難理解，一體化教學(xué)，需要一個長期的實施過程，要求學(xué)生們養(yǎng)成良好的安全意識。理論教學(xué)6節(jié)，操作12節(jié)，整個教學(xué)期間時刻提醒安全注意事項。教學(xué)設(shè)計1組織教學(xué)1組織教學(xué) 82復(fù)習(xí)舊課 203引入新課 204講授新課、模仿練習(xí) 6325歸納總結(jié) 306布置作業(yè) 107板書設(shè)計 課題四 555定時器的原理及應(yīng)用【理論講解】舊課復(fù)習(xí)：1、

3、LED數(shù)碼管的工作原理及應(yīng)用2、7448驅(qū)動電路的原理及應(yīng)用新課引入：555定時器是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，利用它能極方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方便，所以555定時器在波形的產(chǎn)生與交換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用。本課主要介紹555定時器的工作原理及其在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器方面的應(yīng)用。正課內(nèi)容：一、555定時器（一）555定時器的簡介555定時器是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，利用它能極方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方便，所以555定時器在波形的產(chǎn)生與交換、測量與控制、家用

4、電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用。自從signetics公司于1972年推出這種產(chǎn)品以后，國際上個主要的電子器件公司也都相繼的生產(chǎn)了各自的555定時器產(chǎn)品。盡管產(chǎn)品型號繁多，但是所有雙極型產(chǎn)品型號最后的3位數(shù)碼都是555，所有CMOS產(chǎn)品型號最后的4位數(shù)碼都是7555.而且，它們的功能和外部引腳排列完全相同。（二）555定時器的應(yīng)用（1）構(gòu)成施密特觸發(fā)器，用于TTL系統(tǒng)的接口，整形電路或脈沖鑒幅等； （2）構(gòu)成多諧振蕩器，組成信號產(chǎn)生電路； （3）構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用于定時延時整形及一些定時開關(guān)中。 555應(yīng)用電路采用這3種方式中的1種或多種組合起來可以組成各種實用的電子電路，如定時

5、器、分頻器、元件參數(shù)和電路檢測電路、玩具游戲機(jī)電路、音響告警電路、電源交換電路、頻率變換電路、自動控制電路等。（三）555定時器的電路結(jié)構(gòu)與工作原理圖 1555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC 若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1

6、 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。 它的各個引腳功能如下： 1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。 8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5 16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3 18V。一般用5V。 3腳：輸出端Vo 2腳：低觸發(fā)端 6腳：TH高觸發(fā)端 4腳：是直接清零端。當(dāng)此端接低電平，則時基電路不工作，此時不論TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應(yīng)接高電平。 5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干

7、擾。 7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。 在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個比較器A1、A2基準(zhǔn)電壓分別為的情況下，555時基電路的功能表如表1示。表 1清零端高觸發(fā)端TH低觸發(fā)端Q放電管T功能0xx0導(dǎo)通直接清零101x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)110x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)1010110導(dǎo)通截止置1清零二、555定時器與觸發(fā)器的聯(lián)系3.1、555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖 2上圖為由555定時器和外接定時元件R、C構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。D為鉗位二極管，穩(wěn)態(tài)時555電路輸入端處于電源電平，內(nèi)部放電開關(guān)管T導(dǎo)通，輸出端Vo輸出低電平，當(dāng)有一個外部負(fù)脈沖觸發(fā)信號加到Vi端。

8、并使2端電位瞬時低于1/3VCC，低電平比較器動作，單穩(wěn)態(tài)電路即開始一個穩(wěn)態(tài)過程，電容C開始充電，Vc按指數(shù)規(guī)律增長。當(dāng)Vc充電到2/3VCC時，高電平比較器動作，比較器A1翻轉(zhuǎn)，輸出Vo從高電平返回低電平，放電開關(guān)管T重新導(dǎo)通，電容C上的電荷很快經(jīng)放電開關(guān)管放電，暫態(tài)結(jié)束，恢復(fù)穩(wěn)定，為下個觸發(fā)脈沖的來到作好準(zhǔn)備。波形圖見圖3。 圖3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形圖暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間Tw（即為延時時間）決定于外接元件R、C的大小。 Tw=1.1RC 通過改變R、C的大小，可使延時時間在幾個微秒和幾十分鐘之間變化。當(dāng)這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計時器時，可直接驅(qū)動小型繼電器，并可采用復(fù)位端接地的方法來終止暫態(tài)，重新計時

9、。此外需用一個續(xù)流二極管與繼電器線圈并接，以防繼電器線圈反電勢損壞內(nèi)部功率管。三、555定時器接成多諧振蕩器多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。 圖 4 多諧振蕩器和工作波形接通電源后，假定是高電平，則T截止，電容C充電。充電回路是VCCR1R2 C地，按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)上升到時（TH、端電平大于），輸出翻轉(zhuǎn)為低電平。是低電平，T導(dǎo)通，C放電，放電回路為CR2T地，按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)下降到時（TH、端電平小于），輸出翻轉(zhuǎn)為高電平

10、，放電管T截止，電容再次充電，如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，經(jīng)分析可得 輸出高電平時間 T=(R1+R2)Cln2 輸出低電平時間T=R2Cln2 振蕩周期 T=(R1+2R2)Cln2 四、555定時器在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用實例圖 5 門控?zé)糸_關(guān)該控制電路的核心是555定時器和D型觸發(fā)器。555定時器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,去除觸點跳動對電路工作的影響,D型觸發(fā)器接成 T觸發(fā)器形式,利用其輸出去控制可控硅開通和關(guān)閉,從而控制電燈的亮滅。平時當(dāng)房門關(guān)閉時,安裝在門扇邊緣的小磁鐵正好靠在干簧管旁邊,干簧管的兩常開觸點受外磁力作用吸合,單穩(wěn)態(tài)電路因輸入脈沖為高電平而處于待觸發(fā)狀態(tài),此時雙穩(wěn)態(tài)電路的輸出為低電平,可

11、控硅因無觸發(fā)電流而阻斷,燈不亮。當(dāng)有人推門時,小磁鐵會隨門扇離開干簧管一次,干簧管的常開觸點會因暫時失去外磁力作用而靠自身彈力張開、吸合一次。實際上,由于干簧管的觸點的抖動,要重復(fù)幾次這種張開、吸合的過程.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的 CP 端能夠在干簧管的1觸點第一次張開時獲得一負(fù)脈沖觸發(fā)信號,使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài),其輸出由低電平變?yōu)楦唠娖酱藭r,電容器 C 經(jīng) R 充電,復(fù)位端 R 電位上升,當(dāng)上升到復(fù)位電平2/3V 時,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器復(fù)位,Q 恢復(fù)為低電平。單穩(wěn)態(tài)電路的時間常數(shù) T=1.1R C ,它有效地將干簧管的具有抖動信號現(xiàn)象的脈沖信號展寬為單個脈沖,此正脈沖同時加至 T觸發(fā)器器的 CP2端,

12、其輸出由低電平變?yōu)楦唠娖?可控硅的控制極獲得正向觸發(fā)電流而導(dǎo)通,電燈通電發(fā)光.當(dāng)進(jìn)來的人離開時,隨著門的再一次打開、關(guān)閉,干簧管重復(fù)同樣的動作,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器同樣輸出一正脈沖信號,于是T觸發(fā)器再次翻轉(zhuǎn)為低電平,可控硅失去觸發(fā)電流并在交流電過零時關(guān)斷,電燈自動熄滅。光敏電阻 R 和可調(diào)電阻 R 構(gòu)成光控電路。在白天 ,光敏電阻受自然光照射阻值很小 ,T觸發(fā)器的置“0”端 R電位 >1/2V ,無論此門被開閉多少次 ,DD電路強(qiáng)制置“0”,Q始終為底電平 ,電燈不會發(fā)光;夜晚 ,因自然光照減弱 ,T觸發(fā)器的置“0”端 R 電位 <1/2V ,強(qiáng)制復(fù)位自動解除。實際應(yīng)用時,將開關(guān)盒安裝在門

13、框頂上,小磁鐵則正對著盒內(nèi)底側(cè)部放置的干簧管固定在門扇頂沿上。仔細(xì)調(diào)整小磁鐵和干簧管的相對位置,使干簧管能夠隨門扇的開閉而可靠地動作。然后,根據(jù)“火線接開關(guān)地線進(jìn)燈頭,接通開關(guān)和燈頭”的照明燈接線原則,將開關(guān)盒內(nèi)樁頭外引線不分順序串入電燈火線回路即可。最后,用小螺絲刀將 R 調(diào)至阻值最小的位置,P在夜晚需要開燈的時候,打開門扇使燈點亮,然后由小到大調(diào)節(jié)R 阻值,直到電燈剛好熄滅,再將 R 阻值回調(diào)一點即可.反復(fù)細(xì)調(diào),即可獲得最佳光控靈敏度。5 結(jié)論555 定時器把模擬電子中的放大功能和數(shù)字子的邏輯功能融合起來 ,定時精確 ,電源范圍寬直接推動負(fù)載.因此 ,作為一種價格低廉、性能優(yōu)使用方便的中規(guī)

14、模的集成電路 ,555 定時器已成數(shù)字電路中最常用的時基電路之一 ,必將在控制域得到更廣泛的應(yīng)用.探究活動：課題：1、用萬用表區(qū)分共陽LED數(shù)碼管和共陰LED數(shù)碼管組織形式：個人、學(xué)習(xí)小組活動方式：制定活動內(nèi)容。2、 小組討論、總結(jié)、交流?！緦嵅儆?xùn)練】 555定時器控制二極管順序點亮（一）實訓(xùn)目的1、認(rèn)識555定時器的引腳排列及接法2、認(rèn)識CD4017的引腳排列及接法3、掌握循環(huán)燈電路的安裝及調(diào)試（二）器件清單標(biāo)號值/型號數(shù)量LED1-LED8發(fā)光二極管8個C120014個C27448譯碼器2個R1、R210K2個R3、R44702個RP50K1555集成塊1CD4017集成塊1排線若干（三）電路圖原理分析4、 實習(xí)報告要求1、 畫出電路原理圖2、說明電路的工作原理3、根據(jù)調(diào)試中出現(xiàn)的故障現(xiàn)象分析其原因五、評分標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容要求配分評分標(biāo)準(zhǔn)說明布局各個元器件的布局清晰、美觀、合理10布局不合理每